[发明专利]一种超低贵金属载量一体化膜电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，包括气体扩散层、质子交换膜及生长在质子交换膜上的催化剂层；所述气体扩散层位于质子交换膜的两侧，所述气体扩散层与质子交换膜之间为催化剂层，所述催化剂层是由纳米花状金属材料组成，金属的载量为0.001-2mg/cm²，质子交换膜的厚度为5-200μm；

所述的超低贵金属载量一体化膜电极的制备方法，包括如下步骤：

1)催化剂层的制备：向贵金属盐水溶液中加入表面活性剂，超声，静置后加入还原剂，超声后得到混合溶液，将混合溶液加入固定有质子交换膜的反应装置中，在30-100℃下反应1min-48h；

所述贵金属盐水溶液的浓度为0.1-100mmol/L；

所述表面活性剂的浓度为0.1-100mmol/L；

所述表面活性剂与贵金属盐水溶液的体积比为1-10：1；

所述还原剂的浓度为0.01-15mol/L；

所述还原剂与贵金属盐水溶液的体积比为1-1000：1；

2)生长有催化剂层的质子交换膜的后处理：将步骤1)所得生长有催化剂层的质子交换膜置于1-30wt％H₂O₂水溶液中，在20-100℃下处理1min-5h后，再置于20-100℃的去离子水中浸泡1min-5h，然后转移至0.1-10mol/L的H₂SO₄中，20-100℃下处理1min-5h后，再置于20-100℃的去离子水中浸泡1min-5h，空气中干燥后待用；

3)超低贵金属载量一体化膜电极的制备：将步骤2)所得处理后的生长有催化剂层的质子交换膜在20-100℃、0.01-0.1MPa真空度下干燥，随后将气体扩散层置于生长有催化剂层的质子交换膜的两侧，在10-150℃，0.1-20MPa下热压10s-10min，制备得到超低贵金属载量一体化膜电极。

2.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述纳米花的粒径为50-500nm。

3.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述气体扩散层为碳纸、碳布、碳毡、钛板、钛网、烧结钛、钛毡、不锈钢板、泡沫铜、泡沫镍中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述金属为Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Rh、Ag中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述质子交换膜为全氟磺酸质子交换膜。

6.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述贵金属盐为氯铂酸、氯亚铂酸、氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、氯铂酸钠、氯亚铂酸钠、氯铂酸铵、氯亚铂酸铵、三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、氯铱酸钾、氯铱酸钠、氯铱酸铵、二氯化钯、氯钯酸钾、氯钯酸钠、氯钯酸铵、氯亚钯酸钾、氯亚钯酸钠、氯亚钯酸铵、硫酸钯、三氯化金、氯金酸、氯金酸钾、氯金酸钠、氯金酸铵、三氯化钌、氯钌酸、氯钌酸钾、氯钌酸钠、氯钌酸铵、三氯化铑、硫酸铑、氯铑酸、氯铑酸钾、氯铑酸钠、氯铑酸铵、硝酸银中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述表面活性剂为聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂基硫酸钠、聚环氧乙烯月桂酰醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、月桂酸失水山梨醇酯、油酸二乙醇酰胺、十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基磺乙基甜菜碱中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的超低贵金属载量一体化膜电极，其特征在于，所述还原剂为甲酸、乙酸、甲醛、乙醛、抗坏血酸、抗坏血酸钠、水合肼、乙二醇、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、葡萄糖中的至少一种。

9.权利要求1-5中任意一项所述的超低贵金属载量一体化膜电极在燃料电池和水电解中的应用。